中国科学院云南天文台机构知识库

本发明公开一种航天器热盾的热控涂层，旨在提供一种辐射散热效果好的航天器热盾迎日面的热控涂层。它包括使用时设置于热盾迎日面上、耐高温且太阳辐射反射率高的金属膜层，以及设置于金属膜层表面的特制氧化铝陶瓷涂层；航天器距离太阳最近时热盾迎日面热控涂层平均温度为T，温度为T的黑体的热辐射本领最大值相对应的波长为y，所述特制氧化铝陶瓷涂层在温度为T时，所有晶粒的等效圆直径的集合为X，X⊆[0.98*y，1.02*y]。本发明适用于各种需要进入距离太阳表面为50倍太阳半径的区域内的近距离探测太阳航天器的热盾迎日面的热防护使用。

1.一种航天器热盾迎日面的热控涂层，其特征在于：包括使用时设置于热盾迎日面上、耐高温且太阳辐射反射率高的金属膜层，以及设置于金属膜层表面的特制氧化铝陶瓷涂层；航天器距离太阳最近时热盾迎日面热控涂层平均温度为T，温度为T的黑体的热辐射本领最大值相对应的波长为y，所述特制氧化铝陶瓷涂层在温度为T时，所有晶粒的等效圆直径的集合为X，
2.根据权利要求1所述航天器热盾迎日面的热控涂层，其特征在于：所述金属膜层选用的金属种类包括铱、铂和钨中的任一种。
3.根据权利要求1所述航天器热盾迎日面的热控涂层，其特征在于：所述特制氧化铝陶瓷涂层的晶粒的等效圆直径设计方法如下：
(1)航天器热盾迎日面热控涂层的热发射率ε和太阳辐射吸收率α的理论取值范围为区间[0，1]，从区间最小值开始，以一定的间隔Δε、Δα采样，获取对热发射率ε进行等间隔采样的等差数列{εi}，共i项；获取对太阳辐射吸收率α进行等间隔采样的等差数列{αj}，共j项；
(2)从等差数列{εi}的第一项开始，{εi}中每一项分别依序与等差数列{αj}中从第一项开始的各项进行组合，依序共获得k(k＝i×j)个组合，每一个组合称为一个特性组合；
(3)根据航天器结构设计和轨道设计，借助有限元仿真软件，从第一个特性组合开始，计算热控涂层热发射率和太阳辐射吸收率依序设置为各特性组合中对应数据且航天器距离太阳表面最近时，对应热控涂层的平均温度；依序共获得k个平均温度值，构成一个数列，记为{Tn}；
(4)根据维恩位移定律，从第一项开始，依序计算出黑体温度为数列{Tn}各项温度值时黑体热辐射本领最大值相对应的波长λ，各波长值依序构成一个数列{λn}，数列{λn}中共有k项；
(5)制作k个透明氧化铝陶瓷涂层样品，k个样品编号记为数列{Cn}；所述数列{Cn}中任意第n项(n＝1，2，3，...，k)，即编号为Cn的涂层样品在温度为Tn时，该涂层样品所有晶粒的等效圆直径的分布范围为[0.98*λn，1.02*λn]；
(6)依序测量编号为Cn的涂层样品在温度为数列{Tn}第n项Tn数值下的热发射率和太阳辐射吸收率，分别用∈n、表示，一共测量获取k个热发射率和k个太阳辐射吸收率，依序分别组成数列，记为数列{∈n}和
(7)上述热控涂层平均温度数列{Tn}的第n项Tn对应的涂层特性组合的热发射率和太阳辐射吸收率分别记为εn、αn，结合步骤(6)获取的∈n、计算编号为Cn的涂层样品的特性加权差共获取k个特性加权差；其中Ps为航天器距离太阳表面最近时的航天器垂直于太阳光线的受照面上的辐射通量密度；W为温度为Tn且热发射率为∈n的涂层表面热辐射的辐射出射度；
(8)提取所有大于零的特性加权差，并升序排列，记为数列{rj}，数列{rj}中共有j项；在数列{rj}中提取前x项，组成数列{rx}，其中当j>4时，x为不超过实数0.25*j的最大整数；当1≤j≤4，x为1；
(9)数列{rx}中共有x个特性加权差，每个特性加权差对应热控涂层平均温度数列{Tn}中的一个温度值，共获取x个温度值；提取最小的温度值，记为Tmin；基于维恩位移定律，计算出黑体温度为Tmin时热辐射本领最大值相对应的波长为，记为λs；区间[0.98*λs，1.02*λs]组成的尺寸范围作为最终选用的氧化铝陶瓷涂层晶粒等效圆直径分布范围。